防屈曲支撑二次刚度在不同位移幅值下取值的探讨

 地震是人类面临最严重的自然灾害之一，强烈的地震往往带来巨大的生命和财产损失。随着建筑抗震技术的发展及抗震机理的深入分析，消能减震已成为抗震技术的一个主要发展趋势。
防屈曲支撑作为一种特殊的支撑构件，在风荷载或者小震作用下可以同普通钢支撑一样提供抗侧刚度。当出现中震或者大震时随着结构侧向变形的增大，作为消能构件通过滞回变形消耗输入结构地震能量，起到保护主体结构降低结构地震响应的作用。在中震或者大震中防屈曲支撑通过钢芯的屈服进行耗能，同时支撑的刚度会减小。
1 防屈曲支撑的主要结构及原理
防屈曲支撑主要由钢芯、无粘结涂层、约束单元组成。
原理：由于侧向受约束单元对芯材的有效约束，可以防止芯材受压屈曲，同时无粘结涂层提供芯材因受压膨胀所需间隙，使得支撑在受拉受压时都能达到全截面屈服，受压承载力与受拉承载力相当，从而充分发挥钢材的滞回耗能作用，滞回曲线稳定饱满。
2 刚度计算
2.1 屈服前刚度（一次刚度） 防屈曲支撑主要受力单元为芯材，由于无粘结涂层的存在芯材与约束单元之间的摩擦力可忽略。因此计算防屈曲支撑的刚度，只需计算芯材的刚度。
在支撑工作段L1未屈服时，芯材的工作段、过渡段、连接段都处于弹性状态，此时支撑一次刚度：
Ku=■=■ （1）
式中K1、K2、K3分别为工作段L1、过渡段L2、连接段L3的弹性刚度。
2.2 理论屈服后刚度（二次刚度） 在防屈曲支撑工作时只有芯材的工作段进入屈服状态，而芯材的过渡段、连接段都处于弹性范围内，理论上此时防屈曲支撑的屈服后刚度：
Kd=■=■ （2）
式中KC、K2、K3分别为工作段L1屈服后刚度、过渡段L2、连接段L3的弹性刚度。
3 实际工作中防屈曲支撑二次刚度
从多次的防屈曲支撑轴向低周反复加载试验中，可以发现在不同的拉压循环幅值下在极限承载力内呈现出支撑二次刚度随拉压幅值的增大而减小的趋势。
4 试验研究
4.1 试件规格 本次防屈曲支撑构件由柳州东方工程橡胶制品股份公司制作完成，共3个规格，芯材材质为Q235B，规格依次为OVM-QYF200×2300-A、OVM-QYF275×2300-A、OVM-QYF245×2300-A、QYF中的F表示的是套管为方形，Y表示芯材为一字型，200代表的是材性试验得到的芯材屈服承载力约为200kN，2300表示的是芯材长度为2300mm，符号A表示端部连接为焊接。
4.2 加载制度 3个规格试件采用相同的加载制度，以构件的总长度L为基准，依次在L/1000、L/500、L/300、L/200的位移幅值下分别循环3次以后，然后在L/150的位移幅值下往复循环30次，之后继续在L/150、L/100、L/70的位移幅值下分别循环3次。
4.3 试验滞回曲线
4.4 试验结果分析
分析及结论：①防屈曲支撑轴向低周反复加载试验中，随着支撑变形位移幅值的增大二次刚度逐渐减小，最后趋于稳定值。②芯材材质为Q235B的防屈曲支撑在位移幅值为L/500、L/300、L/200、L/150、L/100、L/70时即对应的应变为0.2%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%、1.4%。在每个位移幅值下的二次刚度与屈服前刚度的比值都分别为0.24、0.11、0.06、0.03、0.01、0.01。③在工程软件数值分析中，二次刚度的选取按公式（2）取值显然跟实际值偏差很大。而按不同位移幅值下的刚度比进行取值更为合理。
5 结语
本文从防屈曲支撑的结构原理，对防屈曲支撑屈服前刚度，二次刚度进行计算分析。针对屈服后刚度理论计算与防屈曲支撑轴向低周反复加载试验，所呈现出不同位移幅值下不同的二次刚度值的问题，进行了三种规格的防屈曲支撑试件试验，并对试验数据分析，得出了芯材材质为Q235B的防屈曲支撑在位移幅值为L/500、L/300、L/200、L/150、L/100、L/70时即对应的应变为0.2%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%、1.4%。在每个位移幅值下的二次刚度与屈服前刚度的比值都分别为0.24、0.11、0.06、0.03、0.01、0.01的规律。可作为工程软件抗震数值分析中，对在不同层间位移设计时二次刚度参考值。